Fisiología de la sinapsis - Neurobiología

Fisiología de las Sinapsis

Introducción a la Fisiología de las Sinapsis

• La presentación es introducida por May de Arribas, asistente del departamento de fisiología, quien se enfoca en la fisiología de las sinapsis.

Definición y Tipos de Sinapsis

• Se define la sinapsis como el contacto funcional entre dos células, donde al menos una es neural. Esto permite la comunicación eficiente entre neuronas.

• Existen principalmente dos tipos de sinapsis:

• Neurona-neurona (sinapsis neural).

• Neurona-célula efectora (como en la sinapsis neuromuscular o con células endocrinas).

Clasificación según el Tipo y Mecanismo

• Las sinapsis pueden clasificarse en:

• Sinapsis axo-dendríticas: contacto entre un axón y una dendrita.

• Sinapsis axo-somáticas: contacto entre un axón y el cuerpo celular.

• Sinapsis dendro-dendríticas: contactos entre dendritas.

Mecanismos de Transmisión

• Hay dos mecanismos principales para transmitir información:

• Sinapsis eléctrica: utiliza uniones gap que permiten el paso directo de corriente iónica entre células adyacentes.

• Sinapsis química: implica una hendidura más amplia donde los neurotransmisores actúan como intermediarios.

Características Comparativas

• En la sinapsis eléctrica:

• La hendidura es más estrecha y simétrica, permitiendo un flujo rápido y bidireccional.

• En contraste, la sinapsis química tiene una hendidura más ancha y asimétrica, requiriendo potenciales de acción para liberar neurotransmisores.

Velocidad y Direccionalidad

• Las sinapsis eléctricas son muy rápidas debido a su naturaleza directa; mientras que las químicas presentan un retardo debido a procesos adicionales involucrados en la transmisión.

• Generalmente, las sinapsis eléctricas son menos comunes que las químicas pero están presentes en todos los sistemas nerviosos estudiados.

Resistencia y Flujo Iónico

• La resistencia en las sinapsis eléctricas es baja, permitiendo flujos directos incluso con corrientes subumbral.

• En cambio, para que ocurra transmisión en una sinapsis química se necesita alcanzar el potencial de acción.

Estructura de Conexión

• Las uniones gap forman conexiones rápidas mediante canales alineados que permiten transferencias inmediatas entre células.

La Sinapsis: Conexiones Eléctricas y Químicas

Ventajas de la Sinapsis Eléctrica

• La latencia en la respuesta política es muy corta, permitiendo respuestas casi instantáneas, lo que es crucial para la supervivencia de ciertos animales ante estímulos amenazantes.

• Las sinapsis eléctricas permiten la sincronización de grupos neuronales, como las neuronas que regulan el centro respiratorio del tronco encefálico.

Función de las Uniones Gap

• Las uniones gap permiten el paso de moléculas pequeñas que actúan como segundos mensajeros, facilitando una transferencia metabólica entre células.

• Estas conexiones pueden ser moduladas al rotar los canales proteicos, cerrándose ante cambios en el pH o niveles de calcio.

Estudios sobre Acoplamiento Neuronal

• Se presentan estudios donde se registra la actividad eléctrica entre dos células acopladas mediante electrodos.

• Al inyectar corriente en una célula, se observa que la hiperpolarización se transmite casi simultáneamente a la otra célula, evidenciando un acople bidireccional.

Transmisión Química en Sinapsis

• En las sinapsis químicas, la resistencia alta impide el flujo directo de corriente; por ello, se utiliza un neurotransmisor como intermediario para transferir información.

• Una sola vesícula sináptica puede liberar miles de moléculas de neurotransmisores, amplificando así la señal transmitida a través de los canales iónicos postsinápticos.

Proceso de Transmisión Química

• La transmisión química inicia con un potencial de acción en el terminal presináptico que abre canales dependientes del voltaje para el ingreso de calcio.

• El calcio mediador provoca liberación del neurotransmisor y moviliza vesículas hacia la membrana presináptica.

Proceso de Neurotransmisión

Eliminación de Neurotransmisores

• La eliminación del neurotransmisor en la hendidura sináptica es crucial para finalizar el proceso de neurotransmisión.

Definición y Criterios de Neurotransmisores

• Los neurotransmisores son sustancias liberadas por neuronas en la sinapsis que afectan a células postsinápticas específicas.

• Para considerar una sustancia como neurotransmisor, debe ser sintetizada en el terminal presináptico y estar presente allí.

• Debe liberarse en respuesta a una despolarización presináptica dependiente de calcio.

• La presencia de receptores específicos en la célula postsináptica es esencial para validar su acción, comprobable mediante fármacos agonistas o antagonistas.

Clasificación de Neurotransmisores

• Los neurotransmisores se agrupan según el tamaño: pequeños (como aminoácidos y acetilcolina), peptídicos (neuropéptidos), y no tradicionales (como endocannabinoides).

• Ejemplos incluyen glutamato (excitador), GABA (inhibidor), ATP, histamina, serotonina, dopamina, noradrenalina y adrenalina.

Síntesis y Almacenamiento

Neurotransmisores de Pequeña Molécula

• Se sintetizan en las terminaciones nerviosas; las enzimas necesarias se forman en el soma y se transportan lentamente al axón.

• Los precursores son reciclados desde moléculas previamente utilizadas, permitiendo su reutilización.

Neuropéptidos

• Tanto las enzimas como los precursores se sintetizan en el soma; su transporte es rápido para asegurar disponibilidad constante.

• Se almacenan en vesículas grandes que son más oscuras comparadas con las vesículas pequeñas.

Importancia del Calcio

• El calcio es fundamental para la liberación de neurotransmisores; experimentos muestran que inyectar calcio puede provocar despolarización incluso sin potenciales de acción previos.

Mecanismos de Liberación de Neurotransmisores

Efecto del Calcio en la Célula Presináptica

• La adición de un quelante de calcio impide que el calcio disponible ejerza su función, afectando la respuesta en la célula postsináptica.

• Aunque se marque el potencial de acción, la falta de calcio resulta en una ausencia de respuesta positiva en el potencial de membrana.

Importancia del Calcio para la Respuesta Postsináptica

• La inyección directa de calcio puede provocar una respuesta en la célula postsináptica, independientemente del potencial de acción.

• El ingreso del calcio activa proteínas conocidas como complejos SNARE, esenciales para el acople entre las membranas vesicular y plasmática durante la exocitosis.

Función y Activación de Proteínas SNARE

• Las proteínas SNARE forman un complejo al unirse, facilitando la liberación del neurotransmisor mediante interacción con otras proteínas sensoras como la sinaptotagmina.

• La sinaptotagmina actúa como sensor de calcio; su unión al calcio activa el proceso que media la exocitosis.

Toxinas y su Impacto en Neurotransmisión

• Algunas toxinas bacterianas (como botulínica y tetánica) interfieren con las proteínas SNARE, bloqueando así la liberación de neurotransmisores.

• El veneno de araña viuda negra provoca una liberación masiva de vesículas con neurotransmisores, resultando en parálisis muscular.

Receptores Postsinápticos y sus Tipos

• El efecto del neurotransmisor depende no solo del transmisor sino también del receptor específico al que se une.

• Existen dos tipos principales: receptores ionotrópicos (que funcionan como canales iónicos directos) y metabotrópicos (que activan vías secundarias a través de proteínas G).

Comparativa entre Receptores Ionotrópicos y Metabotrópicos

• Los receptores ionotrópicos permiten respuestas rápidas debido a su estructura única que combina receptor y canal iónico.

• Los receptores metabotrópicos son más lentos debido a pasos intermedios pero ofrecen amplificación y mayor plasticidad en las respuestas neuronales.

Ventajas y Desventajas según Tipo de Receptor

Potenciales Postsinápticos: Excitación e Inhibición

Conceptos Básicos de Potenciales Postsinápticos

• El potencial postsináptico puede ser excitatorio o inhibitorio, afectando la probabilidad de disparo del potencial de acción en la célula postsináptica.

• Un potencial postsináptico excitatorio aumenta la probabilidad de disparo al acercar el potencial de membrana al umbral necesario para generar un potencial de acción.

Mecanismos de Generación

• La despolarización en un potencial postsináptico excitatorio se logra mediante la entrada de cationes, como el sodio, que provoca un aumento en la positividad del interior celular.

• También se genera despolarización por el ingreso de calcio y el cierre de canales de potasio, lo que concentra cationes dentro de la célula.

Potencial Postsináptico Inhibitorio

• En contraste, un potencial postsináptico inhibitorio aleja el potencial de membrana del umbral, disminuyendo así la probabilidad de disparo.

• Esto ocurre a través de mecanismos como la apertura de canales iónicos que permiten la entrada de cargas negativas (por ejemplo, iones cloro), causando hiperpolarización.

Neurotransmisores Comunes

• El GABA (ácido gamma-aminobutírico) es el principal neurotransmisor inhibitorio y actúa a través de receptores ionotrópicos y metabotrópicos para inducir hiperpolarización.

• Los receptores ionotrópicos permiten la entrada del cloro, mientras que los metabotrópicos pueden activar canales que generan hiperpolarización o bloquear canales que permiten el ingreso cálcico.

Efectos Farmacológicos y Ejemplos

• Fármacos como las benzodiacepinas potencian los efectos del GABA al aumentar el tiempo que los canales permanecen abiertos, intensificando así su efecto inhibitorio.

• Por otro lado, toxinas como disco culina antagonizan estos efectos y pueden aumentar la excitabilidad celular.

Sinapsis Excitatorias

• El glutamato es el principal neurotransmisor excitatorio y actúa a través de diversos tipos de receptores para facilitar procesos plásticos relacionados con aprendizaje y memoria.

• Los receptores glutamatérgicos permiten principalmente el flujo entrante de sodio y calcio hacia la célula postsináptica, generando despolarización.

Integración Sináptica

Mecanismos de Suma en Potenciales Postsinápticos

Ejemplo Simplificado de Entradas Neuronales

• Se presenta un modelo simplificado con dos entradas excitatorias y una entrada inhibitoria, mostrando cómo se suman los potenciales.

• Una sola entrada excitatoria provoca una despolarización insuficiente para alcanzar el umbral necesario para disparar un potencial de acción.

Interacción entre Entradas Excitatorias e Inhibitorias

• La combinación de una entrada excitatoria y una inhibitoria resulta en una hiperpolarización del potencial de membrana.

• Si las tres entradas (dos excitatorias y una inhibitoria) están presentes, la suma no alcanza el umbral, resultando en una despolarización subliminal que no genera un potencial de acción.

Tipos de Suma: Espacial y Temporal

• La suma espacial ocurre cuando múltiples entradas llegan al mismo tiempo desde diferentes lugares en la membrana, aumentando la diferencia de potencial.

• La suma temporal se refiere a la acumulación de despolarizaciones en un área específica durante un periodo prolongado, lo que puede llevar a alcanzar el umbral.

Mecanismos de Remoción del Neurotransmisor

• Es crucial contar con mecanismos específicos para eliminar neurotransmisores y evitar su acumulación en la hendidura sináptica.

• La recaptación es el mecanismo más común; los neurotransmisores son reabsorbidos por las terminales presinápticas, promoviendo su reutilización.

Efectos Prolongados de Neuropéptidos

• A diferencia de otros neurotransmisores, los neuropéptidos carecen de mecanismos rápidos para su recaptación; su degradación es más lenta y depende principalmente de la difusión.

• Fármacos como antidepresivos inhiben transportadores que afectan la recaptación, aumentando así el tiempo que ciertos neurotransmisores permanecen activos en la hendidura sináptica.

Mensajeros Retrógrados en Sinapsis Químicas

• Aunque las sinapsis químicas son generalmente unidireccionales, existen excepciones donde mensajeros retrógrados afectan a las neuronas presinápticas.

Mecanismos de Liberación de Neurotransmisores

Interacción entre Células y Transmisores Gaseosos

• La célula pre sináptica modula la presión a través de diferentes mecanismos, incluyendo la liberación de neurotransmisores como el óxido nítrico.

• El óxido nítrico es un transmisor gaseoso que se libera cuando el glutamato se une al receptor NBA, activando una proteína que actúa como segundo mensajero.

• Este segundo mensajero envía señales a la enzima óxido nítrico sintasa, lo que provoca la liberación del óxido nítrico.

• Debido a su naturaleza gaseosa, el óxido nítrico puede atravesar fácilmente las membranas celulares y afectar múltiples células presinápticas.